美研發MXene鋰電池電極 電動車充電或僅需數秒

蓋世汽車訊 據外媒報道，美國德雷塞爾大學（Drexel University）的材料科學與工程學專業的研究員們與法國、以色列研究人員共同設計了新款鋰電池電極，或許未來電動車的充電耗時只需短短數秒。

新款鋰離子電池電極簡介

新款鋰電池的電極採用了一款名為MXene的二維材料，其導電性高。據研究團隊透露，未來新款鋰電池或許能實現電動車的「近即時（near-instant）」充電。

他們表示，新電極或將解決長久以來一直困擾電動車市場的一大技術難題。在早前的研究中，該團隊將目光放到了超級電容器（supercapacitors）上，該器件是攜帶型電子產品的儲能設備。可惜的是，該器件僅能被用於快速充放電，無法長期儲能。

如今，德雷塞爾大學的工程學研究員們採用了MXene材料，結合了超級電容器與傳統大容量電池的優點和特性。

首席研究員Yury Gogotsi表示，團隊的研究成果駁斥了普遍接受的業內教條（dogma）——相較於雙電層電容器（electrical double-layer capacitors）內所用的物理存儲器（physical storage），電池內化學物質的電荷存儲（chemical charge storage）的充電速率要慢得多。

Gogotsi在一份聲明中宣稱：「我們抽取了薄薄的一層MXene電極，用於演示充電速率，整個充電過程只需數十毫秒。這主要得益於MXene材質的超高導電性，為未來研發超快速儲能設備鋪平了道路，未來鋰電池的充放電耗時將僅需數秒，且所儲存的電能要遠高於常規的超級電容器。」

MXene材質簡介

MXene是一款扁平的納米材料，於2011年被德雷塞爾大學材料科學與工程系的研究人員所發現，其外觀酷似三明治，由氧化物與導電的碳及金屬填充物構成，而氧化物相當於三明治中的麵包，將填充物夾在中間。在材料製造過程中，研究人員將採用層壓法來製作MXene。不妨想象下桶裝品客洋芋片的樣子，該材質的各層材料就是如此堆疊而成的。

MXene材質電極的弊端及改進

儘管MXene的導電性相當出色，但其結構不利於鋰離子在電池內的擴散。對於鋰電池的儲能而言，鋰離子留在氧化還原活性位置（redox active sites），這類位置的數量越多，電池保有的電量就越大。重要的是，電池還使鋰離子能夠自由移動，否則其無法到達氧化還原活性位置。

為使MXene的鋰離子能自由移動，研究人員對其結構進行了一定的調整。研究人員將MXene與水凝膠（hydrogel）相混合，改變了其結構，使鋰離子能自由移動。

Yury Gogotsi表示：「理想的電極架構是多通道結構（multi-lane），以便鋰離子高速移動。研究團隊研發的大孔隙電極設計恰好實現了該目標，使充電過程短短數秒內完成。」

該大學表示，該款電池材料的研發應用具有重要意義，其在很大程度上解決了目前電動車推廣受阻的一大技術難題。

Gogotsi表示：「若未來該款低維導電材質電池電極得到採用，將大幅提升電池的充電效率及電量，進而將提升車輛、筆記本電腦、手機電池的充電速率，只需數秒或數分鐘就能完成，無需苦等數小時。」

Gogotsi表示，採用MXene作為電極材料的最大好處在於其導電性。但研究團隊也承認，該電極材料及相關技術看似頗具前景，但目前仍不確定試製成功並用於車輛后的實際情況，但他們表示，一旦應用到車輛及手機中，將徹底顛覆當前所用的電池。